一种飞锯机自动控制系统及方法与流程

本发明涉及自动控制技术，具体的说是涉及一种自动钢管切割机的自动化控制系统及方法。

背景技术：

在飞锯机进行钢管切割加工时需要满足下述基本工艺要求：

(1)在其进行锯切过程中，飞锯机的锯片必须和运动的管材同步，以保证在锯切过程中，锯片既要绕锯轴转动(施加锯切力和锯切功率)，又要与管材以相同的速度移动(保证管材的被切割面平直)；

(2)飞锯机需要能够锯切不同的定尺长度；

(3)且飞锯机要保证锯切的切口平直，即在整个锯切过程中，锯片都应和钢管轴线垂直，并且要是锯切头部分不弯不扁。

要达到以上工艺要求，就需对飞锯机的锯切过程进行有效控制，但目前，我国80％以上的高频焊管、冷弯机组仍在采用传统的气动飞锯，因气动飞锯性能种种不足，如定尺误差大(一般在±10mm以上)，焊管速度耗能大，机械寿命短等原因，造成人力、物力、财力上的浪费，因此需要设计一种能够克服上述不足的新型飞锯电控系统弥补了气动飞锯的不足。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种飞锯机自动控制系统，该系统适用于对飞锯机进行钢管切割加工过程进行钢管自动控制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种飞锯机自动控制系统，其飞锯机相连接，其特征在于，包括：

实时检测待切割钢管的输送速度及输送长度的检测单元；

控制飞锯机的锯片传动机构以匀加速直线运动进行行走的伺服控制单元；

用于与外围其他飞锯机自动控制设备交互的通讯扩展单元；所述通讯扩展单元包括数据接口模块及数据适配模块；同时所述数据适配模块用于实现上位机与中央处理单元之间的上下行数据通信过程即其能够自动存储中央处理单元所上传的上行数据并将所述上行数据进行转换后上传至上位机；同时在上位机下发的下行数据时，将下行数据转换为其所对应的中央处理单元相匹配的数据格式后下发至中央处理单元；

用于在检测单元检测到待切割钢管的输送长度到达所设定的切割长度时，控制飞锯机的钢管夹紧机构夹紧待切割钢管并同时控制飞锯机的落锯锯切机构对夹紧的待切割钢管进行切割的中央处理单元；

以及作为远程数据控制中心的上位机。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述检测单元包括：测长辊以及安装在所述测长辊上的编码器；该检测单元通过编码器以及测长辊检测待切割钢管的输送速度以及此速度下所对应的输送长度。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述数据接口模块至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi网络接口、Profibus总线接口、CAN总线接口以及profinet接口。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述上位机能够在接收到上行数据时标定相应的数据源地址代码后进行存储并创建与所述数据源地址代码相对应的数据库；同时在下发的下行数据时，自该下行数据中解析其所对应的数据源地址代码，以获得相应的目标地址，并按照解析出的目标地址向相应的中央处理单元传递数据。

本发明的另一目的是要提供一种飞锯机自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过检测单元实时检测待切割钢管的输送速度及输送长度；

步骤2、通过伺服控制单元控制飞锯机的锯片传动机构以匀加速直线运动进行行走；

步骤3、通过中央处理单元在检测单元检测到待切割钢管的输送长度到达所设定的切割长度时，控制飞锯机的钢管夹紧机构夹紧待切割钢管并同时控制飞锯机的落锯锯切机构对夹紧的待切割钢管进行切割；同时通过上位机进行远程数据控制处理；所述上位机能够在接收到上行数据时标定相应的数据源地址代码后进行存储并创建与所述数据源地址代码相对应的数据库；同时在下发的下行数据时，自该下行数据中解析其所对应的数据源地址代码，以获得相应的目标地址，并按照解析出的目标地址向相应的中央处理单元传递数据。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述方法还包括通过通讯扩展单元与外围其他飞锯机自动控制设备进行交互，以构建本地飞锯机自动控制通信网络；所述通讯扩展单元包括数据接口模块及数据适配模块；同时所述数据适配模块用于实现上位机与中央处理单元之间的上下行数据通信过程即其能够自动存储中央处理单元所上传的上行数据并将所述上行数据进行转换后上传至上位机；同时在上位机下发的下行数据时，将下行数据转换为其所对应的中央处理单元相匹配的数据格式后下发至中央处理单元；

进一步的，作为本发明的优选方案

所述检测单元包括：测长辊以及安装在所述测长辊上的编码器；该检测单元通过编码器以及测长辊检测待切割钢管的输送速度以及此速度下所对应的输送长度。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述数据接口模块至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wi fi网络接口、Profibus总线接口、CAN总线接口以及profinet接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过伺服控制单元使得锯片传动机构以匀加速直线运动进行行走，以防止锯车瞬间速度过大造成机器损坏以及误报警等问题；且通过中央处理单元控制落锯锯切机构锯车上刀片对待切割钢管进行切割，具有切口质量好，设备故障率低，维修方便等优点；同时本发明通过通讯扩展单元构建本地飞锯机自动控制通信网络以完成本地数据的通信交互过程；并通过上位机同时完成多个飞锯机自动控制系统的数据监控过程。

附图说明

图1为本发明所述飞锯机自动控制系统电路示意图；

图2为本发明所述方法步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

现有的飞锯机的相关技术：现有的飞锯机多由固定轨道和移动小车组成。其移动小车上装有锯片传动机构、落锯锯切机构和钢管夹紧机构等元件，以相互配合完成钢管切割工序。且在飞锯机进行飞锯工艺时，锯车的工作循环应是严格按照一定的时序动作的，如果有一个环节出现差错，将导致工作的失败。因此，各个工序的精确控制就显得尤为重要，以避免事故的发生。

基于上述问题，本发明设计了一种新的飞锯机自动控制系统，其通过监测单元实时检测待切割钢管的输送速度及钢管输送长度；且通过伺服控制单元控制伺服电机使得锯片传动机构上的锯车以匀加速直线运动进行行走(以解决瞬间给定过大速度值造成的影响)，同时使得该锯车的行走速度与待切割钢管的输送速度保持一致，在测长辊测得待切割钢管达到指定切割位置时，控制钢管夹紧机构夹紧待切割钢管并同时控制落锯锯切机构对夹紧的待切割钢管进行切割。

具体的，如图1所示，一种飞锯机自动控制系统，其飞锯机的锯片传动机构、落锯锯切机构和钢管夹紧机构等元件相连接，其特征在于，包括：

(1)用于检测待切割钢管的实时输送速度及输送长度的检测单元；进一步的，作为本发明的优选方案所述检测单元包括：测长辊以及安装在所述测长辊上的编码器；该检测单元通过编码器以及测长辊检测待切割钢管的输送速度以及此速度下所对应的输送长度，便于中央处理单元确定如何给定控制命令控制锯车以何种加速度进行匀加速直线运动，以实现飞锯机的锯车的行走速度与待切割钢管的输送速度保持一致。

(2)控制飞锯机的锯片传动机构以匀加速直线运动进行行走的伺服控制单元；其在切割完成后控制锯片传动机构迅速退回至原点。

(3)用于与外围其他飞锯机自动控制设备交互的通讯扩展单元；所述通讯扩展单元包括数据接口模块及数据适配模块；进一步的，作为本发明的优选方案所述数据接口模块至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi网络接口、Profibus总线接口、CAN总线接口以及profinet接口。同时所述数据适配模块用于实现上位机与中央处理单元之间的上下行数据通信过程即其能够自动存储中央处理单元所上传的上行数据并将所述上行数据进行转换后上传至上位机；同时在上位机下发的下行数据时，将下行数据转换为其所对应的中央处理单元相匹配的数据格式后下发至中央处理单元；

(4)用于在检测单元检测到待切割钢管的输送长度到达所设定的切割长度时，控制飞锯机的钢管夹紧机构夹紧待切割钢管并同时控制飞锯机的落锯锯切机构对夹紧的待切割钢管进行切割的中央处理单元；本发明所涉及定尺长检测控制实现原理的简要说明：

设定已知钢管速度v₀、所需的钢管长度L；同时假设锯车由原点以初速度0mm/s以用户设定的加速启动距离(或者称为追击距离s₀)内匀加速至钢管速度v₀；

由于公知公式：速度与加速度、路程之间的关系式v＝at可知

当锯车运行距离达到s₀时，锯车速度v₁＝v₀，

即

2a＝v²/s

得a＝v₀²/2s₀

因此在追击距离s₀范围内任意位置锯车的实时速度v₁与此时锯车位置s₁关系表达式为

v₁²＝2as₁＝v₀²s₁/s₀

其中v₀为编码器检测的钢管实时速度值，s₁为伺服电机当前位置反馈值或称为待切割钢管当前输送位置，s₀为用户设定的追击距离，由上述设可知如果s₀＝400mm，即规定锯车在行走到距原点400mm时速度达到钢管的速度v₀，

锯车做匀加速直线运动钢管做匀速直线运动s＝v₀t，因此可以看出，当锯车行走到s₀＝400mm时，钢管运行到2s₀＝800mm的位置，所以当测长辊检测到当前钢管长度比所需的钢管长度L小400mm时候，就可以启动锯车开始追赶钢管。即如果钢管速度v₀、所需的钢管长度L为已知，且s₀为用户设定的追击距离，则本系统即可控制飞锯机的锯片自动完成定尺切割。

同时由于当s₁＝0时，锯车的速度因此可以给伺服电机一个小一点的初始速度值或者将s₁增加少量数值从而来保证锯车速度不为0能够启动，即(其中3为个人添加数值，来确保在原点时候锯车能够拥有大于0的初速度启动，由于添加数值造成的误差可以在后来的计算中做出误差调整。)从上述原理可以看出，利用编码器以及测长辊完全能够实现定尺测长控制过程。

(5)以及作为远程数据控制中心的上位机。进一步的，作为本发明的优选方案所述上位机能够在接收到上行数据时标定相应的数据源地址代码后进行存储并创建与所述数据源地址代码相对应的数据库；同时在下发的下行数据时，自该下行数据中解析其所对应的数据源地址代码，以获得相应的目标地址，并按照解析出的目标地址向相应的中央处理单元传递数据。优选的，所述自动控制系统还设置有触摸控制屏，通过该触摸控制屏完成相关切割控制参数设定。

如图2所示，本发明的另一目的是要提供一种飞锯机自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过检测单元实时检测待切割钢管的输送速度及输送长度；

步骤2、通过伺服控制单元控制飞锯机的锯片传动机构以匀加速直线运动进行行走；

步骤3、通过中央处理单元在检测单元检测到待切割钢管的输送长度到达所设定的切割长度时，控制飞锯机的钢管夹紧机构夹紧待切割钢管并同时控制飞锯机的落锯锯切机构对夹紧的待切割钢管进行切割；同时通过上位机进行远程数据控制处理；所述上位机能够在接收到上行数据时标定相应的数据源地址代码后进行存储并创建与所述数据源地址代码相对应的数据库；同时在下发的下行数据时，自该下行数据中解析其所对应的数据源地址代码，以获得相应的目标地址，并按照解析出的目标地址向相应的中央处理单元传递数据。所述中央处理单元通过液压控制方式控制钢管夹紧机构夹紧待切割钢管。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述方法还包括通过通讯扩展单元与外围其他飞锯机自动控制设备进行交互，以构建本地飞锯机自动控制通信网络；所述通讯扩展单元包括数据接口模块及数据适配模块；同时所述数据适配模块用于实现上位机与中央处理单元之间的上下行数据通信过程即其能够自动存储中央处理单元所上传的上行数据并将所述上行数据进行转换后上传至上位机；同时在上位机下发的下行数据时，将下行数据转换为其所对应的中央处理单元相匹配的数据格式后下发至中央处理单元；

进一步的，作为本发明的优选方案

所述检测单元包括：测长辊以及安装在所述测长辊上的编码器；该定尺测长装置通过编码器以及测长辊检测待切割钢管的输送速度以及此速度下所对应的输送长度。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述数据接口模块至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi网络接口、Profibus总线接口、CAN总线接口以及profinet接口。所述profinet接口的一个重要特征就是可以同时传递实时数据和标准的TCP/IP数据，在其传递TCP/IP数据的公共通道中，各种业已验证的IT技术都可以使用(如http、html、snmp和xml等)。在使用Profinet的时候，我们可以使用这些IT标准服务加强对整个网络的管理和维护，这意味着调试和维护中的成本的节省。Profinet实现了从现场级到管理层的纵向通讯集成，一方面，方便管理层获取现场级的数据，另一方面，原本在管理层数据安全性问题也延伸到了现场级。为了保证现场级控制数据的安全，Profinet提供了特有的安全机制，通过使用专用的安全模块，可以保护自动化控制系统，使自动化通讯网络安全风险最小化。

综上所述，本系统具有速度环、位置环、电流环，其采用国际最先进的自动化控制技术，实现对设备的自动化控制，生产科学管理。使操作安全简便，生产效率高。同时其同步完成对伺服电机的运动控制，系统采用SIEMENS的SIMOTION D410作为中央处理单元，其包括驱动单元为S120的功率模块，且各单机自成体系，独立控制，独立操作的分布型控制模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。